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Curio

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Antecedentes

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Curio
96 Cm
Di-s

Cm

(UQO)
americiocurioberkelium
Apariencia
plateado
Propiedades generales
Nombre, símbolo, número curio, Cm, 96
Pronunciación / k jʊər yo ə m /
KEWR -ee-əm
Categoría Elemento actínidos
Grupo, período, bloque n / a, 7, F
Peso atómico estándar (247)
Configuración electrónica [ Rn ] 5f 7 6d 1 7s 2
2, 8, 18, 32, 25, 9, 2
Capas de electrones de curio (2, 8, 18, 32, 25, 9, 2)
Historia
Descubrimiento Glenn T. Seaborg, Ralph A. James, Albert Ghiorso (1944)
Propiedades físicas
Fase sólido
Densidad (cerca rt) 13,51 g · cm -3
Punto de fusion 1613 K , 1340 ° C, 2444 ° F
Punto de ebullicion 3383 K, 3110 ° C, 5630 ° F
Calor de fusión ? 15 kJ · mol -1
Presión del vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
en T (K) 1788 1982
Propiedades atómicas
Estados de oxidación 4, 3 ( óxido anfótero)
Electronegatividad 1,3 (escala de Pauling)
Energías de ionización Primero: 581 kJ · mol -1
Radio atómico 174 pm
Radio covalente 169 ± 15:00
Miscelánea
Estructura cristalina hexagonal compacta
Curium tiene una estructura cristalina hexagonal compacta
Ordenamiento magnético antiferromagnético → transición paramagnética en 52 K
La resistividad eléctrica 1.25 μΩ · m
Número de registro del CAS 7440-51-9
La mayoría de los isótopos estables
Artículo principal: Los isótopos del curio
iso N / A media vida DM DE ( MeV) DP
242 Cm rastro 160 d SF - -
α 6.1 238 Pu
243 Cm rastro 29.1 y α 6,169 239 Pu
ε 0,009 243 Am
SF - -
244 Cm rastro 18.1 y SF - -
α 5.8048 240 Pu
245 Cm rastro 8500 y SF - -
α 5,623 241 Pu
246 Cm rastro 4730 y α 5,475 242 Pu
SF - -
247 Cm rastro 1.56 × 10 7 y α 5,353 243 Pu
248 Cm rastro 3,40 × 10 5 y α 5,162 244 Pu
SF - -
250 Cm syn 9000 y SF - -
α 5,169 246 Pu
β - 0,037 250 Bk

Curium es una transuránicos radiactivo elemento químico con el símbolo Cm y número atómico 96. Este elemento de la actínidos serie lleva el nombre de Marie Sklodowska-Curie y su esposo Pierre Curie - ambos eran conocidos por sus investigaciones sobre la radiactividad. Curium primero fue producido e identificado en julio de 1944 por el grupo de forma intencionada Glenn T. Seaborg en la Universidad de California, Berkeley. El descubrimiento se mantuvo en secreto y sólo lanzado al público en noviembre de 1945. La mayor parte se produjo el curio bombardeando uranio o plutonio con neutrones en reactores nucleares - uno tonelada de pasado combustible nuclear contiene cerca de 20 gramos de curio.

Curio es un denso, metal duro, plateado con un punto de fusión relativamente alto y punto de ebullición para un actínidos. Considerando que es paramagnético en condiciones ambientales, se convierte transiciones magnéticas antiferromagnéticos tras el enfriamiento, y otras se observan también para muchos compuestos curio. En compuestos, curio generalmente exhibe valencia 3 y 4 veces, y el 3 de valencia es predominante en las soluciones. Curium se oxida fácilmente, y sus óxidos son una forma dominante de este elemento. Se forma fuertemente complejos fluorescentes con diversos compuestos orgánicos, pero no hay evidencia de su incorporación a las bacterias y arqueas. Cuando se introduce en el cuerpo humano, el curio se acumula en los huesos, los pulmones y el hígado, donde se promueve el cáncer .

Todos los conocidos isótopos del curio son radiactivos y tener un pequeño masa crítica para un sostenido reacción nuclear en cadena. Ellos emiten predominantemente α-partículas, y el calor liberado en este proceso puede potencialmente producir electricidad en generadores termoeléctricos de radioisótopos. Esta aplicación se ve obstaculizada por la escasez, el alto costo y la radiactividad de los isótopos del curio. Curium se utiliza en la producción de actínidos más pesados y del 238 Pu radionucleidos para las fuentes de energía en marcapasos artificiales. Sirvió como el α-fuente en el partículas alfa espectrómetros de rayos X instalados en el Sojourner, Marte, Marte 96, Athena , Espíritu y Rovers Opportunity, así como la Laboratorio de Ciencia de Marte para analizar la composición y estructura de las rocas en la superficie de Marte y la Luna . Un espectrómetro de este tipo también será utilizada por la Philae lander de la Nave espacial Rosetta para sondear la superficie de la 67P / Churyumov-Gerasimenko cometa .

Historia

Glenn T. Seaborg
El de 60 pulgadas (150 cm) ciclotrón en el Laboratorio de Radiación Lawrence de la Universidad de California, Berkeley, en agosto de 1939.

Aunque el curio probable que se había producido en los experimentos nucleares anteriores, era primero intencionalmente sintetizado, aislado e identificado en 1944, en el Universidad de California, Berkeley por Glenn T. Seaborg, Ralph A. James, y Albert Ghiorso. En sus experimentos, utilizaron una de 60 pulgadas (150 cm) ciclotrón.

Curium fue identificado químicamente en el Laboratorio Metalúrgico (ahora Argonne National Laboratory) en la Universidad de Chicago. Fue la tercera Elementos transuránicos que se descubrió a pesar de que es el cuarto de la serie - el encendedor elemento americio se desconocía en el momento.

La muestra se preparó como sigue: primero plutonio solución de nitrato se revistió sobre un platino lámina de aproximadamente 0,5 cm2 de área, la solución se evaporó y el residuo se convirtió en dióxido de plutonio (PuO 2) por recocido. Después de la irradiación ciclotrón del óxido, el recubrimiento se disolvió con ácido nítrico y luego precipita como hidróxido utilizando acuoso concentrado solución de amoníaco. El residuo se disolvió en ácido perclórico y posterior separación se llevó a cabo por de intercambio de iones para producir un cierto isótopo de curio. La separación de curio y americio era tan meticuloso que el grupo de Berkeley inicialmente llamó aquellos elementos pandemonium (del griego para todos los demonios o diablos) y delirio (del latín para la locura).

El isótopo curio-242 se produjo en julio-agosto de 1944 por el bombardeo de 239 Pu con α-partículas para producir curio con el lanzamiento de un neutrón :

\ Mathrm {^ {239 \! \,} _ {\ 94} Pu \ + \ ^ {4} _ {2} Él \ \ longrightarrow \ ^ {242} _ {\ 96} Cm \ + \ ^ {1} _ {0} n}

Curio-242 fue identificado inequívocamente por la energía característica de los α-partículas emitidas durante la desintegración:

\ Mathrm {^ {242} _ {\ 96} Cm \ \ longrightarrow \ ^ {238} _ {\ 94} Pu \ + \ ^ {4} _ {2} Él}

La vida media de este desintegración alfa se midió por primera vez como 150 días y luego se corrigió a 162,8 días.

Otro isótopo 240 cm se produce en una reacción similar en marzo 1945:

\ Mathrm {^ {239} _ {\ 94} Pu \ + \ ^ {4} _ {2} Él \ \ longrightarrow \ ^ {240} _ {\ 96} Cm \ + \ 3 \ ^ {1} _ { 0} n}

La vida media de la 240 Cm α-caries se determinó correctamente como 26,7 días.

El descubrimiento de curio, así como el americio, en 1944 estaba estrechamente relacionada con la Proyecto Manhattan, los resultados eran confidenciales y desclasificado sólo en 1945. Seaborg filtró la síntesis de los elementos 95 y 96 en el programa de radio de Estados Unidos para los niños, los Examen niños, cinco días antes de la presentación oficial en un Reunión de la American Chemical Society el 11 de noviembre de 1945, cuando uno de los oyentes preguntó si cualquier nuevo elemento transuranium lado de plutonio y neptunio había sido descubierto durante la guerra. El descubrimiento de curio (Cm 242 y 240 cm), su producción y compuestos fueron más tarde patentó lista sólo Seaborg como el inventor.

Marie y Pierre Curie

El nuevo elemento fue nombrado después de Marie Sklodowska-Curie y su esposo Pierre Curie, que se caracteriza por el descubrimiento del radio y por su trabajo en radiactividad. Se siguió el ejemplo de gadolinio , un lantánido elemento anterior curio en la tabla periódica, que fue nombrado en honor al explorador de la elementos de tierras raras Johan Gadolin:

"Como su nombre para el elemento de número atómico 96 que nos gustaría proponer" curio ", con el símbolo Cm. La evidencia indica que el elemento 96 contiene siete 5f electrones y por tanto es análogo al gadolinio elemento con sus siete 4f electrones en el normal serie de tierras raras. En este elemento de base 96 lleva el nombre de los Curie en una forma análoga a la denominación de gadolinio, en la que el químico Gadolin fue honrado. "

Las primeras muestras curio apenas eran visibles, y se identificaron por su radiactividad. Louis Werner y Isadore Perlman creó la primera muestra importante de 30 mg de hidróxido de curio-242 de la Universidad de California en 1947 bombardeando americio -241 con neutrones. Cantidades macroscópicas de fluoruro curio se obtuvieron en 1950 por WWT Crane, JC Wallmann y BB Cunningham. Su susceptibilidad magnética fue muy cercana a la de GDF 3 que proporciona la primera evidencia experimental de la valencia de 3 curio en sus compuestos. Metales curio se produjo sólo en 1951 por la reducción de fluoruro curio con bario .

Características

Físico

Cerca doble hexagonal de embalaje con el ABAC secuencia de capas en la estructura cristalina de α-curio (A: verde, B: azul, C: rojo)
Naranja la fluorescencia de iones Cm 3+ en una solución de tris (hydrotris) pyrazolylborato-Cm (III), se excita a 396,6 nm.

Un sintético, elemento radiactivo, el curio es un metal denso duro con apariencia de color blanco plateado y las propiedades físicas y químicas similares a las de gadolinio . Su punto de fusión de 1.340 ° C es significativamente mayor que la de los elementos transuránicos anterior neptunio (637 ° C), el plutonio (639 ° C) y americio (1173 ° C). En comparación, el gadolinio se funde a 1312 ° C. El punto de ebullición es el curio 3110 ° C. Con una densidad de 13,52 g / cm 3, el curio es significativamente más ligero que el neptunio (20,45 g / cm 3) y el plutonio (19,8 g / cm 3), pero es más pesado que la mayoría de los otros metales. Entre dos formas cristalinas de curio, la α-Cm es más estable en condiciones ambientales. Tiene una simetría hexagonal, grupo espacial P6 3 / mmc, parámetros de red a = 365 pm y c = 1.182 horas, y cuatro por unidades de fórmula celda unidad. El cristal se compone de una doble cerca hexagonal de embalaje con la secuencia de capas ABAC y así es isotípica con α-lantano. En presiones superiores a 23 GPa, a temperatura ambiente, α-Cm transforma en β-Cm, que tiene una cara cúbica centrada simetría, grupo espacial Fm 3 my la constante de red a = 493 pm. Tras una posterior compresión de 43 GPa, curio transforma a una ortorrómbica estructura γ-Cm similar a la de α-uranio, sin más transiciones observadas hasta 52 GPa. Estas tres fases curio también se conocen como Cm I, II y III.

Curium tiene propiedades magnéticas peculiares. Mientras que su elemento vecino actinium muestra ninguna desviación de Curie-Weiss paramagnetismo en todo el rango de temperatura, α-Cm transforma a una estado antiferromagnético al enfriarse a 65-52 K, y β-Cm exhibe una transición ferrimagnético a aproximadamente 205 K. Mientras tanto, pníctidos curio mostrar transiciones ferromagnéticos al enfriar: 244 CMN y 244 CMAS a 109 K, 248 CMP en 73 K y 248 CMSB a 162 K. De manera similar, el análogo de los lantánidos de curio, gadolinio, así como sus pníctidos también muestran transiciones magnéticas Después de enfriar, pero el carácter de transición es algo diferente: Di-s y GDN convierten ferromagnético, y el PIB, las CDO y GdSb muestran pedido antiferromagnético.

De acuerdo con los datos magnéticos, la resistividad eléctrica de los aumentos de temperatura - curio con aproximadamente el doble de entre 4 y 60 K - y luego permanece casi constante hasta la temperatura ambiente. Hay un aumento significativo en resistvity lo largo del tiempo (alrededor de 10 μOhm · cm / h) debido a la auto-daño de la red cristalina por la radiación alfa. Esto hace incierto el valor de resistividad absoluta para curio (alrededor de 125 μΩ · cm). La resistividad de curio es similar a la de gadolinio y del plutonio y actínidos neptunio, pero es significativamente mayor que la de americio, uranio, polonio y torio .

Bajo iluminación ultravioleta, el curio (III) iones tienen una fuerte y estable de color amarillo-naranja de fluorescencia con un máximo en el intervalo de aproximadamente 590 a 640 nm en función de su entorno. La fluorescencia se origina en las transiciones desde el primer estado excitado 6 D 7.2 y el estado fundamental 8 S 7/2. Análisis de esta fluorescencia permite interacciones de monitoreo entre Cm (III) en los complejos de iones orgánicos e inorgánicos.

Químico

Curio iones en solución asumen el estado de oxidación de 3, que es el estado de oxidación más estable para el curio. Se observa el estado de oxidación +4 sólo en algunas fases sólidas, como la OCM 2 y CMF 4. Comportamiento químico de curio es diferente de los actínidos torio y el uranio, y es similar a la de americio y muchos lantánidos . En solución acuosa, el Cm 3+ ion es incolora a color verde, y el ión Cm 4+ es de color amarillo pálido. La absorción óptica de iones Cm 3+ contiene tres picos agudos a 375,4, 381,2 y 396,5 nanómetros y su fuerza se puede convertir directamente en la concentración de los iones. Iones curio son ácidos de Lewis duros y por lo tanto forman complejos más estables con bases duras. La unión es principalmente iónico, con un pequeño componente covalente. Curium en sus complejos comúnmente exhibe un entorno de coordinación 9 veces, dentro de un tricapped geometría prismática trigonal.

Isótopos

Neutrones térmicos secciones cruzadas ( graneros)
242 Cm 243 Cm 244 Cm 245 Cm 246 Cm 247 Cm
Fisión 5 617 1.04 2145 0.14 81.90
Captura 16 130 15.20 369 1.22 57
Relación C / F 3.20 0.21 14.62 0.17 8.71 0.70
LEU combustible gastado 20 años después de 53 MWD / kg quemado
3 isótopos comunes 51 3700 390
Reactor rápido Combustible MOX (avg 5 muestras, quemado 66-120GWd / t)
Curio total de 3.09 × 10 -3% 27.64% 70.16% 2.166% 0,0376% 0.000928%
Isótopo 242 Cm 243 Cm 244 Cm 245 Cm 246 Cm 247 Cm 248 Cm 250 Cm
La masa crítica, en kg 25 7.5 33 6.8 39 7 40.4 23.5

Alrededor del 20 radioisótopos y 7 isómeros nucleares entre 233 y 252 Cm Cm son conocidos por el curio, y no estables isótopos . Las más largas vidas medias se han reportado para 247 Cm (15,6 millones de años) y 248 cm (348.000 años). Otros isótopos de larga vida son 245 Cm (vida media de 8.500 años), 250 cm (8.300 años) y 246 cm (4,760 años). Curio-250 es inusual por que en su mayor parte (alrededor del 86%) se descompone a través de fisión espontánea. Los isótopos del curio más comúnmente utilizados son 242 Cm y 244 Cm con la vida media de 162,8 días y 18,1 años, respectivamente.

Flujo Transmutación entre 238 Pu y 244 cm de LWR.
Porcentaje fisión es 100 menos muestra porcentajes.
Tasa total de la transmutación varía mucho por nucleido.
245 cm- 248 Cm son de larga vida con la decadencia insignificante.

Todos los isótopos entre 242 y 248 Cm Cm, así como 250 Cm, se someten a un auto-sostenible la reacción en cadena nuclear y, por tanto, en principio, puede actuar como una de combustible nuclear en un reactor. Al igual que en la mayoría de los elementos transuránicos, la fisión nuclear sección transversal es especialmente alto para el curio extraña masa isótopos 243 Cm, 245 Cm y 247 Cm. Estos pueden ser usados en reactores de neutrones térmicos, mientras que una mezcla de isótopos curio es sólo apto para reactores reproductores rápidos desde los isótopos incluso masa no son fisionables en un reactor térmico y se acumulan a medida que aumenta el grado de quemado. La mezcla de óxidos (MOX) de combustible, que es para ser utilizado en reactores de potencia, debe contener poco o nada de curio porque la activación de neutrones de 248 Cm creará californio . Este es fuerte de neutrones emisor, y contaminaría el extremo posterior del ciclo del combustible y aumentar la dosis para el personal del reactor. Por lo tanto, si el actínidos menores son para ser utilizado como combustible en un reactor de neutrones térmicos, el curio debe ser excluido del combustible o se coloca en las barras de combustible especiales en los que es el único de los actínidos presentes.

La tabla a la derecha incluye el masas críticas de isótopos del curio de una esfera, sin un moderador y reflector. Con un reflector de metal (30 cm de acero), las masas críticas de los isótopos impares son unos 3-4 kg. Cuando se utiliza agua (espesor de ~ 20-30 cm) como el reflector, la masa crítica puede ser tan pequeña como 59 gramos para 245 Cm, 155 gramos para 243 Cm y 1,550 gramo por 247 Cm. Hay una incertidumbre significativa en estos valores de masa crítica. Considerando que es usualmente del orden del 20%, los valores de 242 y 246 Cm Cm fueron listadas tan grande como 371 kg y 70,1 kg, respectivamente, por algunos grupos de investigación.

Actualmente, el curio no se utiliza como combustible nuclear debido a su baja disponibilidad y alto precio. 245 Cm y 247 cm con una muy pequeña masa crítica y, por tanto, podrían utilizarse en portátiles armas nucleares , pero ninguno ha sido reportado hasta el momento. Curium-243 no es adecuado para este propósito debido a su corta vida media y fuerte emisión α que daría lugar a un calor excesivo. Curium-247 sería muy adecuado, que tiene una vida media 647 veces mayor que la de plutonio-239.

Aparición

Se detectaron varios isótopos del curio en las consecuencias de la prueba nuclear de Ivy Mike.

El isótopo más longevo de curio, 247 Cm, tiene una vida media de 15,6 millones de años. Por lo tanto, todo curio primordial, que es el curio presentes en la Tierra durante su formación, debería haber decaído por ahora. El curio es producido artificialmente, en pequeñas cantidades con fines de investigación. Además, se produce en gastado combustible nuclear. Curium está presente en la naturaleza en algunas zonas utilizadas para la atmosférica pruebas de armas nucleares, que se realizaron entre 1945 y 1980. Así que el análisis de los restos en el lugar de la prueba de los primeros US bomba de hidrógeno, Ivy Mike, (1 de noviembre de 1952, Enewetak Atoll), junto einsteinium , fermio , plutonio y americio también reveló isótopos de berkelio, californio y el curio, en particular 245 Cm, 246 Cm y cantidades más pequeñas de 247 Cm, 248 Cm y 249 Cm. Por razones de secreto militar, este resultado sólo se publicó en 1956.

Compuestos curio atmosféricos son poco solubles en disolventes comunes y en su mayoría se adhieren a las partículas del suelo. Análisis de suelo reveló cerca de 4.000 veces mayor concentración de curio en las partículas del suelo de arena que en el agua presente en los poros del suelo. Una proporción incluso mayor de aproximadamente 18.000 se midió en suelos franco.

Unos pocos átomos de curio pueden ser producidos por reacciones de captura de neutrones y desintegración beta en muy alta concentración de uranio depósitos que alojan.

Síntesis

Preparación de isótopos

Curium se produce en pequeñas cantidades en la reactores nucleares, y por ahora sólo kilogramos de que se han acumulado en el 242 Cm y 244 Cm y gramos o incluso miligramos para los isótopos más pesados. Esto explica el alto precio del curio, que ha sido ser citado a 160-185 USD por miligramo, con una estimación más reciente en 2000 USD / g para 242 Cm y 170 USD / g para 244 Cm. En los reactores nucleares, el curio se forma a partir de 238 U en una serie de reacciones nucleares. En la primera cadena, 238 U captura un neutrón y se convierte en 239 U, que a través de β - decaimiento transforma en 239 Np y 239 Pu.

\ Mathrm {^ {238} _ {\ 92} U \ \ xrightarrow {(n, \ gamma)} \ ^ {239} _ {\ 92} U \ \ xrightarrow [23,5 \ min] {\ beta ^ -} \ ^ {239} _ {\ 93} Np \ \ xrightarrow [2,3565 \ d] {\ beta ^ -} \ ^ {239} _ {\ 94} Pu} (Los horarios son vidas medias ).

Además de captura de neutrones seguido de β - -decay produce el isótopo 241 Am de americio que convierte aún más en 242 Cm:

\ Mathrm {^ {239} _ {\ 94} Pu \ \ xrightarrow {2 (n, \ gamma)} \ ^ {241} _ {\ 94} Pu \ \ xrightarrow [14,35 \ año] {\ beta ^ -} \ ^ {241} _ {\ 95} Am \ \ xrightarrow {(n, \ gamma)} \ ^ {242} _ {\ 95} Am \ \ xrightarrow [16,02 \ h] {\ beta ^ -} \ ^ { 242} _ {\ 96} Cm} .

Para fines de investigación, el curio se obtiene mediante la irradiación de uranio, pero no plutonio, que está disponible en grandes cantidades de combustible nuclear gastado. Mucho más alto flujo de neutrones se utiliza para la irradiación que resulta en una cadena de reacción diferente y la formación de 244 Cm:

\ Mathrm {^ {239} _ {\ 94} Pu \ \ xrightarrow {4 (n, \ gamma)} \ ^ {243} _ {\ 94} Pu \ \ xrightarrow [4956 \ h] {\ beta ^ -} \ ^ {243} _ {\ 95} Am \ \ xrightarrow {(n, \ gamma)} \ ^ {244} _ {\ 95} Am \ \ xrightarrow [10,1 \ h] {\ beta ^ -} \ ^ { 244} _ {\ 96} Cm}
\ Mathrm {^ {244} _ {\ 96} Cm \ \ xrightarrow [18,11 \ año] {\ alpha} \ ^ {240} _ {\ 94} Pu}

Curium-244 se desintegra en 240 Pu por la emisión de partículas alfa, pero también absorbe neutrones resultantes en una pequeña cantidad de isótopos más pesados curio. Entre ellos, 247 Cm y 248 Cm son populares en la investigación científica debido a sus largas vidas medias. Sin embargo, la tasa de producción de 247 cm de reactores de neutrones térmicos es relativamente baja debido a que es propenso a sufrir inducida por neutrones térmicos fisión. Síntesis de 250 Cm través absorción de neutrones es también bastante improbable debido a la corta vida media del producto intermedio 249 cm (64 min), que convierte por β - decaimiento a la berkelium isótopo 249 Bk.

\ Mathrm {^ {A} _ {96} Cm \ + \ ^ {1} _ {0} n \ \ longrightarrow \ ^ {A + 1} _ {\ \ 96} Cm \ + \ \ gamma} (Para A = 244-248)

La cascada arriba de (n, γ) reacciones produce una mezcla de diferentes isótopos curio. Su separación post-síntesis es engorroso, y por lo tanto se desea una síntesis selectiva. Curio-248 se ve favorecida con fines de investigación debido a su larga vida media. El método de preparación más eficiente de este isótopo es a través de α-decaimiento de la californio isótopo 252 Cf, que está disponible en cantidades relativamente grandes debido a su larga vida media (2,65 años). Acerca de 35-50 mg de 248 Cm está siendo producida por este método cada año. La reacción asociada produce 248 cm de altura con la pureza isotópica del 97%.

\ Mathrm {^ {252} _ {\ 98} Cf \ \ xrightarrow [2,645 \ año] {\ alpha} \ ^ {248} _ {\ 96} Cm}

Otro interesante para la investigación de isótopos 245 Cm se puede obtener de la α-descomposición de 249 Cf, y el segundo isótopo se produce en cantidades minutos de la β - -decay de la berkelium isótopo 249 Bk.

\ Mathrm {^ {249} _ {\ 97} Bk \ \ xrightarrow [330 \ d] {\ beta ^ -} \ ^ {249} _ {\ 98} Cf \ \ xrightarrow [351 \ año] {\ alpha} \ ^ {245} _ {\ 96} Cm}

Preparación del metal

Cromatográfico curvas de elución que revelan la similitud entre los lantánidos Tb, Gd, la UE y correspondientes actínidos Bk, Cm, Am.

La mayoría de las rutinas de síntesis producir una mezcla de diferentes isótopos de actínidos como óxidos, de la que necesita un determinado isótopo del curio al separarse. Un ejemplo podría ser el procedimiento para disolver el combustible gastado del reactor (por ejemplo, Combustible MOX) en ácido nítrico , y eliminar la mayor parte del uranio y el plutonio utilizando una PUREX (P lutonium - UR anium EX tracción) tipo de extracción con fosfato de tributilo en un hidrocarburo. Los lantánidos y los actínidos restantes se separan entonces de el residuo acuoso ( refinado) por una extracción a base de diamida para dar, después de separación, una mezcla de actínidos y lantánidos trivalentes. Un compuesto curio se extrae selectivamente usando varios pasos cromatográficos técnicas y centrifugación con un reactivo apropiado. Bis complejo bipiridina -triazinyl Recientemente se ha propuesto como tal reactivo que es altamente selectivo para el curio. Separación de curio de un americio muy similar también se puede lograr mediante el tratamiento de una suspensión de sus hidróxidos en solución acuosa de bicarbonato de sodio con ozono a temperatura elevada. Tanto el americio y curio están presentes en soluciones sobre todo en el estado 3 de valencia; mientras que el americio oxida a soluble Am (IV) complejos, curio se mantiene sin cambios y por lo tanto se pueden aislar por centrifugación repetida.

Curio metálico se obtiene por reducción de sus compuestos. Inicialmente, el curio (III) de fluoruro fue utilizado para este propósito. La reacción se llevó a cabo en el ambiente libre de agua y oxígeno, en el aparato hecho de tántalo y tungsteno , utilizando elemental de bario o de litio como agentes reductores.

\ Mathrm {CmF_3 \ + \ 3 \ Li \ \ longrightarrow \ Cm \ + \ 3 \ LiF}

Otra posibilidad es la reducción de curio (IV) óxido utilizando una aleación de magnesio-zinc en una masa fundida de cloruro de magnesio y fluoruro de magnesio.

Los compuestos y reacciones

Óxidos

Curio reacciona fácilmente con el oxígeno formando principalmente Cm 2 O 3 y CMO 2 óxidos, pero la OCM óxido divalente es también conocido. Negro OCM 2 se puede obtener por la quema de curio oxalato (Cm 2 (C 2 O 4) 3), nitrato (Cm (NO 3) 3) o hidróxido de oxígeno puro. Tras el calentamiento a 600-650 ° C en vacío (aproximadamente 0,01 Pa), se transforma en el Cm blanquecina 2 O 3:

\ Mathrm {4 \ CmO_2 \ \ xrightarrow {\ Delta t} \ 2 \ Cm_2O_3 \ + \ O_2} .

Alternativamente, Cm 2 O 3 se puede obtener mediante la reducción de OCM 2 con molecular de hidrógeno :

\ Mathrm {2 \ CmO_2 \ + \ H_2 \ \ longrightarrow \ Cm_2O_3 \ + \ H_2O}

Además, un número de óxidos ternarios del tipo M (II) OCM 3 son conocidos, en donde M se mantiene durante un metal divalente, tal como el bario.

Haluros

El curio incoloro (III) de fluoruro (CMF 3) se puede producir mediante la introducción de iones de fluoruro en el curio (III) que contienen soluciones. El tetravalente curio marrón (IV) de fluoruro (CMF 4) por otro lado sólo se obtiene haciendo reaccionar el curio (III) con fluoruro molecular de flúor :

\ Mathrm {2 \ CmF_3 \ + \ F_2 \ \ longrightarrow \ 2 \ CmF_4}

Una serie de fluoruros ternarias son conocidos de la forma A 7 Cm 6 F 31, donde A representa un metal alcalino .

La incoloro curio (III) cloruro (CMCL 3) se produce en la reacción de curio (III) hidróxido (Cm (OH) 3) con anhidro gas cloruro de hidrógeno. Es más se puede convertir en otros haluros, tales como el curio (III) de bromuro de (incoloro a verde claro) y el curio (III) de yoduro de (incoloro), haciéndolo reaccionar con el amoniaco de la sal haluro correspondiente a temperatura elevada de aproximadamente 400 450 ° C:

\ Mathrm {CmCl_3 \ + \ 3 \ NH_4I \ \ longrightarrow \ CmI_3 \ + \ 3 \ NH_4Cl}

Un procedimiento alternativo se está calentando óxido de curio a aproximadamente 600 ° C con el correspondiente ácido (tales como bromhídrico para el bromuro de curio). Fase de vapor hidrólisis de curio (III) los resultados de cloruro en oxicloruro curio:

\ Mathrm {CmCl_3 \ + \ \ H_2O \ \ longrightarrow \ CmOCl \ + \ 2 \ HCl}

Calcogenuros y pníctidos

Sulfuros, seleniuros y telururos de curio se han obtenido mediante el tratamiento de curio con gaseoso de azufre , selenio o teluro en vacío a temperatura elevada. La pníctidos de curio del tipo CMX son conocidos por los elementos nitrógeno , fósforo , arsénico y antimonio . Se pueden preparar por reacción de cualquiera de curio (III) de hidruro (CMH 3) o el curio metálico con estos elementos a temperaturas elevadas.

Compuestos Organocurium y aspectos biológicos

Estructura curocene predicho

Complejos organometálicos análoga a uranocene son conocidos también para otros actínidos, como el torio, protactinio, neptunio, plutonio y americio. Teoría de orbitales moleculares predice una "curocene" estable compleja (η 8 -C 8 H 8) 2 Cm, pero no se ha informado experimentalmente todavía.

La formación de los complejos del tipo Cm (nC 3 H 7 -BTP) 3, donde BTP significa 2,6-di (1,2,4-triazin-3-il) piridina, en soluciones que contienen nC 3 H 7 - iones BTP y Cm 3+ ha sido confirmada por EXAFS. Algunos de estos complejos de tipo BTP interactúan selectivamente con el curio y por lo tanto son útiles en su separación selectiva de lantánidos y actínidos otros. Iones Cm 3+ disueltos se unen con muchos compuestos orgánicos, tales como ácido hidroxámico, urea , fluoresceína y trifosfato de adenosina . Muchos de estos compuestos están relacionados con la actividad biológica de diversos microorganismos. Los complejos resultantes exhiben una fuerte emisión de color amarillo-naranja bajo excitación de luz UV, que es conveniente no sólo para su detección, sino también para el estudio de las interacciones entre el ion Cm 3+ y los ligandos a través de los cambios en la vida media (del orden ~ 0,1 ms) y el espectro de la fluorescencia.

Curium no tiene importancia biológica. Hay unos pocos informes sobre biosorción de Cm 3+ por bacterias y arqueas, sin embargo hay pruebas de incorporación de curio en ellos.

Aplicaciones

Los radionucleidos

El curio es uno de los elementos más radioactivos aislables. Sus dos isótopos más comunes 242 Cm y 244 Cm son fuertes emisores alfa (energía 6 MeV); que tienen vidas medias relativamente cortas de 162,8 días y 18,1 años, y producen tanto como 120 W / g y 3 W / g de energía térmica, respectivamente. Por lo tanto, el curio puede ser utilizado en su forma de óxido común en generadores termoeléctricos de radioisótopos como los de las naves espaciales. Esta aplicación ha sido estudiado por el isótopo 244 cm, mientras que 242 Cm fue abandonado debido a su precio prohibitivo de alrededor de 2.000 USD / g. Curium-243 con un ~ 30 años medio de vida y buen rendimiento energético de ~ 1,6 W / g podría hacer para un combustible adecuado, pero produce cantidades significativas de dañina gamma y radiación beta a partir de productos de desintegración radiactiva. Aunque como α-emisor, 244 Cm requiere una protección mucho más delgada de protección radiológica, que tiene una alta tasa de fisión espontánea, y por lo tanto la tasa de radiación de neutrones y gamma son relativamente fuerte. En comparación con un isótopo competir generador termoeléctrico tales como Pu 238, 244 Cm emite un tiempo de 500 mayor fluencia de neutrones, y su mayor emisión gamma requiere un escudo que es 20 veces más gruesa - alrededor de 2 pulgadas de plomo para una fuente de 1 kW, como en comparación con el 0,1 por 238 Pu. Por lo tanto esta solicitud de curio está actualmente considerado poco práctico.

Una aplicación más prometedora de 242 Cm es producir 238 Pu, un radioisótopo más adecuado para las generadoras termoeléctricas, como en los marcapasos cardiacos. Las rutas alternativas a 238 Pu utilizan el (n, γ) reacción de 237 Np, o la deuteron bombardeo de uranio, que tanto siempre producen 236 Pu como un subproducto no deseado - ya que este último decae a 208 Tl con fuerte emisión gamma.

Curium es también un material de partida común para la producción de una mayor elementos transuránicos y transactinides. Por lo tanto, el bombardeo de 248 Cm con el oxígeno (18 O) o magnesio (26 mg) produjo ciertos isótopos de seaborgio (265 Mx) y hassio (269 HS y 270 HS). Californio fue descubierto cuando un objetivo microgramos tamaño de curio-242 se irradió con 35 MeV partículas alfa utilizando el ciclotrón de 60 pulgadas (150 cm) en Berkeley:

242
96 Cm + 4
2 Él245
98 Cf + 1
0 n

Sólo alrededor de 5000 átomos de californio fueron producidas en este experimento.

Alpha-partícula espectrómetro de rayos X de una exploración de Marte rover

Espectrómetro de rayos X

La aplicación más práctica de 244 Cm - aunque bastante limitado en volumen total - es como fuente de α-partícula en el espectrómetros de rayos X de partículas alfa (APXS). Estos instrumentos se han instalado en el Sojourner, Marte, Marte 96, Espíritu, Athena y Rovers Opportunity, así como la Laboratorio de Ciencia de Marte para analizar la composición y estructura de las rocas en la superficie del planeta Marte . APXS también se utilizó en el Surveyor 5-7 sondas lunares, pero con una fuente de 242 Cm.

Una configuración APXS elaborado está equipado con una cabeza de sensor que contiene seis fuentes curio que tiene la tasa de desintegración radiactiva total de varias decenas de milicuries (más o menos un gigabecquerel). Las fuentes están colimados en la muestra, y los espectros de energía de las partículas alfa y los protones dispersos de la muestra se analizan (el análisis de protones se implementa sólo en algunos espectrómetros). Estos espectros contienen información cuantitativa sobre los principales elementos de las muestras, excepto para el hidrógeno, helio y litio. Un APXS también será utilizado por el Philae lander de la Nave espacial Rosetta para sondear la superficie de la 67P / Churyumov-Gerasimenko cometa .

Seguridad

Debido a su alta radiactividad, curio y sus compuestos se debe manejar en laboratorios apropiados en virtud de acuerdos especiales. Considerando que el curio sí principalmente emite α-partículas que son absorbidas por capas delgadas de materiales comunes, algunos de sus productos de desintegración emiten fracciones significativas de radiación beta y gamma, que requieren una protección más elaborado. Si se consume, el curio se excreta en pocos días y sólo el 0,05% se absorbe en la sangre. A partir de ahí, alrededor del 45% se destina a la hígado, 45% a los huesos, y el 10% restante se excreta. En el hueso, el curio se acumula en el interior de las interfaces con la la médula ósea y no redistribuir significativamente con el tiempo; sus destruye radiación paradas de la médula ósea y por lo tanto la creación de glóbulos rojos. La vida media biológica de curio es de unos 20 años en el hígado y los 50 años en los huesos. Curium se absorbe en el cuerpo mucho más fuertemente a través de la inhalación, y la dosis total permitido de 244 cm en forma soluble es 0,3 μ C. inyección intravenosa de 242 Cm y 244 Cm contienen soluciones a ratas aumentó la incidencia de tumor óseo, y la inhalación promovidos pulmonar y cáncer de hígado.

Isótopos curio son inevitablemente presente en el combustible nuclear gastado con una concentración de aproximadamente 20 g / tonelada. Entre ellos, los 245 isótopos cm- 248 cm con tiempos de decaimiento de miles de años y hay que eliminar para neutralizar el combustible para su eliminación. El procedimiento asociado implica varios pasos, donde el curio se separa y después se convierte en primer lugar por el bombardeo de neutrones en reactores especiales para nucleidos de corta duración. Este procedimiento, transmutación nuclear, aunque bien documentada para otros elementos, todavía está siendo desarrollado para el curio.

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